基于聲卡和multi—instrument的相位法測聲波波長

田文秀 李宏敏 王紅心

摘 要：本設(shè)計是一種基于計算機聲卡的數(shù)據(jù)采集方法，巧妙地將兩個小麥克風(fēng)改裝成了兩個聲波信號發(fā)生器，充分利用Multi-instrument的強大功能分析兩信號的相位差，從而實現(xiàn)波長的精確測量.本測量聲音的波長的方法可取，取材方便，形象直觀，精度較高.

關(guān)鍵詞：聲卡；Multi-instrument；相位差

一、設(shè)計原理

利用聲卡以相位差方法測量聲速，讓聲源發(fā)出某一定頻率f的可聞聲波，利用相隔距離d兩個麥克風(fēng)接受聲波信號，微型麥克風(fēng)經(jīng)簡單的電路處理分別接電腦聲卡左、右聲道。計算機收集從L、R兩個線路的聲音信號，經(jīng)過虛擬示波器軟件（multi-instrument）分析兩信號的相位φ1和φ2，從而計算可聞聲波的波長。由于調(diào)節(jié)距離d小于一個波長，所以波長為法測波長須改：

二、設(shè)計過程

1）焊接外圍電路，電路圖如圖2。焊接過程中利用到了電阻、陶瓷電容、3.7V電池等常規(guī)電路元件，取材方便。

2）首先將2個駐極體麥克風(fēng)插入已經(jīng)焊接好的電路中，打開虛擬示波器軟件，再將插頭插入電腦的MIC插孔。

3）把兩個麥克風(fēng)固定在一條直線上，使兩個麥克風(fēng)之間有一定的距離d，制成實物如圖3所示。

4）保持室內(nèi)的安靜，開啟自制聲源（頻率200HZ至1000HZ，每100HZ可調(diào)），操作軟件的示波器功能，很明顯的看到兩個波形出現(xiàn)在兩個獨立的聲道欄里，調(diào)出兩通道的相位差，如圖4。

5）計算波長和波速。

三、實驗數(shù)據(jù)與處理

1）在測試過程中，我們改變了兩麥克風(fēng)之間的距離和聲源頻率，做了多次實驗。實驗誤差較小，第一次測量中由（1）式可得波長。

表1是我們利用相位法測波長的部分?jǐn)?shù)據(jù)，可以看出實驗誤差較小，可以控制在3%以內(nèi)，實驗效果較好。

四、總結(jié)與分析

本設(shè)計測量方法、測量設(shè)備簡單，只需小功率麥克風(fēng)和計算機即可，接受波形較直觀地顯示在屏幕上，聲音圖像結(jié)合，眼耳并用，形象、直觀，實驗精度有保證?；诒驹O(shè)計的啟示，利用虛擬示波器改造經(jīng)典力學(xué)實驗，可以使我們較早地接觸到虛擬示波器，了解儀器發(fā)展的最新方向。以后利用虛擬儀器替代傳統(tǒng)儀器可以節(jié)約大量經(jīng)費，例如可以實現(xiàn)示波器、頻率計、信號源、萬用表等多種儀器的虛擬.

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作者簡介：田文秀（1982-），男，湖北蘄春人，碩士，講師，湖北大學(xué)知行學(xué)院大學(xué)物理主講教師。